1.單元操作 2.輸送現象 第 1 頁,共 3 頁

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1.單元操作 2.輸送現象 第 1 頁,共 3 頁

經濟部所屬事業機構 109 年新進職員甄試試題

類 別 : 化 工 製 程 節 次 : 第 三 節 科 目 : 1 . 單 元 操 作 2 . 輸 送 現 象

注 意 事 項

1.本試題共 3 頁(A3 紙 1 張)。

2.可使用本甄試簡章規定之電子計算器。

3.本試題分 7 大題,每題配分於題目後標明,共 100 分。須用藍、黑色鋼筆或原子筆在答 案卷指定範圍內作答,不提供額外之答案卷,作答時須詳列解答過程,於本試題或其他 紙張作答者不予計分。

4.本試題採雙面印刷,請注意正、背面試題。

5.考試結束前離場者,試題須隨答案卷繳回,俟本節考試結束後,始得至原試場或適當處 所索取。

6.考試時間:120 分鐘。

一、 有一比重為 0.85,黏度為 1.0 poise 之液體,在一內直徑為 100 mm,長 300 m 的水平圓管內 流動。如果流率為 30 m 3 /hr,不考慮摩擦損耗的問題,則其壓力降應為多少 𝑘𝑘𝑔𝑔 𝑓𝑓 /𝑚𝑚 2 (計算至 整數,以下四捨五入) ( 𝑔𝑔 = 9.8 𝑚𝑚/𝑠𝑠𝑠𝑠𝑐𝑐 2 ; 𝑔𝑔 𝑐𝑐 = 9.8(𝑘𝑘𝑔𝑔 ∙ 𝑚𝑚)/(𝑘𝑘𝑔𝑔 𝑓𝑓 ∙ 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑐𝑐 2 );𝜋𝜋 = 3.1416 )?

(10 分)

二、直徑 5 公分的蒸氣管,以 A、B 各為 1 公分的絕熱材料包覆以減少熱損失,其中 A 絕熱材 料的熱傳導係數為 B 的 10 倍。假設此一複合絕熱層的內、外表面溫度固定不變,試問:

(2 題,每題 5 分,共 10 分)

(一)以 B 材料為內層或外層,何者熱損失較小(已知 𝑙𝑙𝑙𝑙 (3.5/2.5) = 0.3365;𝑙𝑙𝑙𝑙 (4.5/3.5) = 0.2513;

𝑙𝑙𝑙𝑙(4.5/2.5) = 0.5878 )?

(二)承(一)較好的絕熱方式相對於較差的絕熱方式,請計算共減少多少熱損失百分比(計 算至小數點後第 2 位,以下四捨五入)?

三、如【圖 1】所示觸媒表面附近氣體的 擴散現象。成分A經由薄膜(stagnant film)擴散進入觸媒表面,在觸媒表面 立即發生反應轉變成產物 R,接著 R 擴散經薄膜而離開表面。在觸媒表面 的反應式依 A→3R 進行,試推導成分 A 在薄膜內的濃度分布。假設系統的 溫度與壓力維持不變。(δ:薄膜層 厚 度 ;X A0 :A 在 δ 層 之 莫 耳 分 率)

(15 分)

【請翻頁繼續作答】

【圖 1】

(2)

1.單元操作 2.輸送現象 第 2 頁,共 3 頁 四、如【圖 2】所示,常溫下水自一開口槽藉由泵浦以每分鐘 15 加侖(gpm)之流速泵入一壓力

為 10 psig 之密閉槽中,密閉槽之水位比開口槽穩定高 100 呎(ft),相對於兩水槽,輸送管 線之截面積很小。泵浦之入口、出口壓力錶分別顯示 5 psig 及 80 psig。已知馬達輸入泵的 功 率(制 動 馬 力)為 1 hp, 試 計 算 :(水密度 = 62.4 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑚𝑚/𝑓𝑓𝑡𝑡 3 , 1 ℎ𝑝𝑝 = 550(1𝑙𝑙 𝑓𝑓 )(𝑓𝑓𝑡𝑡)/𝑠𝑠 , 1 𝑔𝑔𝑔𝑔𝑙𝑙 = 7.48 𝑓𝑓𝑡𝑡 3 )(共 2 題,共 15 分)

(一)當泵入口、出口管線短,其高程差 異、速度能差異及管線摩擦損失可以 忽略下,求泵之效率(以百分比率表 示,計算至小數點後第 1 位,以下四 捨五入)?(7 分)

(二)請計 算本系 統每輸 送 1 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑚𝑚 (磅)水之 摩擦損失多少(單位以 𝑓𝑓𝑡𝑡.𝑙𝑙𝑙𝑙𝑓𝑓/𝑙𝑙𝑙𝑙𝑚𝑚表 示,計算至小數點後第 1 位,以下四 捨五入)?(8 分)

五、有一平面火爐內襯由兩層磚塊所構成:內層為 0.7 ft 厚之耐火磚( 𝑘𝑘 = 0.6 ℎ𝑟𝑟∙𝑓𝑓𝑓𝑓∙℉ Btu ),外層為

0.1 ft 厚之絕熱磚( 𝑘𝑘 = 0.04 ℎ𝑟𝑟∙𝑓𝑓𝑓𝑓∙℉ Btu )。假設內外壁表面係恆溫且為均勻分布。請問:(共2題,

共 12 分)

(一)若內壁溫度為 1800 ℉,外壁溫度為 100 ℉。試求該火爐單位面積之熱損失(heat loss)速 率(以 Btu

ℎ𝑟𝑟∙𝑓𝑓𝑓𝑓

2

表示,計算至整數,以下四捨五入)。(4 分)

(二)承(一):

(1)若可允許之熱損失(heat loss)速率為 300 hr∙ft Btu

2

,則外層絕熱磚之厚度至少應改為多少(ft) (計算至小數點後第 2 位,以下四捨五入)?(4 分)

(2)承(1)此時兩磚介面的溫度是多少(℉) (計算至整數,以下四捨五入)?(4 分)

【圖 2】

(3)

1.單元操作 2.輸送現象 第 3 頁,共 3 頁 六、如【圖 3】所示,某方法工程師欲設計一銳孔流量計(Orifice flow meter)用於測量水在 15.6 ℃

(密度 999 kg/m 3 ,黏度 1.147 cp),在一內直徑為 100 mm 圓管中之體積流量,預期最大流量 為 50 𝑚𝑚 3 /ℎ𝑟𝑟。同【圖 3】,假設使用比重為 13.6 的水銀測量 U 型壓力計之差壓,其上方則 填充水,壓力計水銀柱高讀值為 Rm,整個系統溫度維持 15.6 ℃。

(重力加速度 𝑔𝑔 = 9.8𝑚𝑚/𝑠𝑠𝑠𝑠𝑐𝑐 2 )。請問:(2 題,每題 10 分,共 20 分)

(一)如要設計最大流量 50 𝑚𝑚 3 /hr 時,U 型壓力計水銀柱高讀值 Rm 是 1250 mm,此銳口流量 計孔口直徑(bore size)應為多少(以 mm 表示,計算至小數點後第 1 位,以下四捨五入)?

(提示:如在孔口處之流動雷諾數(Reynolds number)大於 50,000,銳孔流量計之孔口係 數 𝐶𝐶 0 以常數 0.61 計算)

(二)承(一)依上述孔口尺寸(bore size)製作、安裝,實際運作後,U 型壓力計水銀柱高讀值 是 50 mm(Rm),請計算 15.6℃水流經圓管中之實際流量應為多少 𝑚𝑚 3 /ℎ𝑟𝑟 (計算至整數,

以下四捨五入)?

(提示:流動雷諾數(Reynolds number)大於 50,000,銳孔流量計之孔口係數 𝐶𝐶 0 以常數 0.61 計算 )

七、請簡答下列各題:(共 4 題,共 18 分)

(一)化工廠常用之鋼管(steel pipe),依美國標準協會(American Standard Association)採用管 號(schedule number)表示其厚度。管號之定義為何?(3 分)

(二)祛水器(steam trap)的功用為何?(2 分)

(三)冷卻器(cooler)和冷凝器(condenser)功能有何不同 ?(4 分)

(四)計 算 流 力 和 熱 傳 , 常 需 計 算 水 力 半 徑(Hydroaulic radius)和 相 當 直 徑(Equivalent diameter):

(1)何謂水力半徑, 𝑟𝑟 ℎ ?(3 分)

(2)何謂相當直徑, 𝐷𝐷 𝑒𝑒 ?(3 分)

(3)有一雙套管,其內管外徑為 D 1 ,外套管之內徑為 D 2 ,試計算流體流經環隙間 (annular space)時之水力半徑 𝑟𝑟 和相當直徑 𝐷𝐷 𝑒𝑒 為何?(3 分)

【圖 3】

a b

Rm

數據

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參考文獻

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